缝合泡沫夹层结构复合材料真空辅助树脂传递成型机理研究

Stitched foam sandwich structure composites are widely used in aircraft, trains, automobiles and other transportation areas for its high strength, high stiffness, light weight ,durability and high impact resistance,etc. The composite is one of main ways to transportation lightweight.Vacuum Assisted Resin Transfer Molding(VARTM) is widely used in military and civil field for its lower tooling cost, environmental protection and high quality product. 3D numerical simulation and experimental analysis on through-thickness stitched foam sandwich structure composites with VARTM will be studied in the project. The effect of resin material property, molding process parameters, preform dimension and preform layup, mold structure on resin flow behavior in the preform will aslo be investigated. The mechnical property of the composites will be investigated experimentally. The influence of parameters on resin flow behavior , composites material structure and properties will be showed systematically. The effect parameters will be optimized. The determination rule of material select, part design and process parameters will be proposed. The reasons causing the defects will be analyzed and the corresponding solution will be proposed. The study results will not only be of significance in the theory development of VARTM process, but also have an important pratical application value for transportation lightweight.

缝合泡沫夹层结构复合材料由于强度高、刚性大、质量轻、经久耐用、抗冲击力强等特性，在飞机、火车、汽车等交通领域得到越来越广泛的应用，是实现交通运输工具轻量化的主要途径之一。真空辅助树脂传递成型（VARTM）工艺具有设备费用低、加工过程环保、制品质量高等特点，在军用和民用领域得到广泛应用。本项目对沿厚度方向缝合泡沫夹层结构复合材料VARTM工艺树脂流动过程进行3D数值模拟和实验分析；研究材料特性、成型工艺参数、预成型体尺寸及铺设方式、模具结构对树脂在预成型体中充填流动行为的影响规律；对该种复合材料力学性能进行实验研究；系统揭示各参数对树脂流动行为与材料结构和性能之间的影响关系，并对各参数进行优化研究；提出材料选择、工件设计和工艺参数确定的一般原则，分析成型中缺陷产生原因及提出相应对策。研究成果不仅对VARTM工艺理论发展具有重要意义，而且对交通工具轻量化具有重要实用价值。

缝合泡沫夹层结构复合材料由于能有效地克服传统层板结构层间强度低、易分层和冲击阻抗低，显著提高其界面性能和抗冲击性能的特点，在飞机、火车、汽车等交通领域得到越来越广泛的应用，是实现交通运输工具轻量化的主要途径之一。真空辅助树脂传递成型（VARTM）工艺具有设备费用低、加工过程环保、制品质量高等特点，在军用和民用领域得到广泛应用。.搭建了VARTM及树脂充填流动的可视化实验装置，探讨了高渗透介质及工艺参数对VARTM中树脂充模浸润及复合材料板制品力学性能的综合影响。.对缝合泡沫夹层结构复合材料VARTM树脂充填浸润及固化机理进行了研究。采用“长条”模型代替泡沫中沿缝线方向树脂流动模型并对其等效渗透率及孔隙率进行计算，建立了行之有效的缝合泡沫夹层结构复合材料的VARTM工艺树脂充填3D有限元模型，预测了树脂在预成型体中充填行为，防止制品出现空隙及干斑等缺陷。对VARTM工艺树脂固化过程进行了研究。.揭示了各参数对缝合泡沫夹层结构复合材料VARTM工艺树脂充模及性能的影响规律。用理论和实验的方法分析了缝合参数和导流介质对缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充模的影响。探讨了缝合参数对缝合泡沫夹层复合材料的冲击、弯曲、平压和纵压等力学性能影响关系，用正交分析法对各参数进行优化，得出了最佳的参数组合。.建立了带加强筋的缝合泡沫夹层结构复合材料的VARTM工艺树脂充填3D有限元模型，实验验证了模型是有效可行的。.建立了可行有效的缝合泡沫夹层复合材料低速冲击的三维有限元模型，获得了该复合材料低速冲击响应和纤维各层及泡沫的损伤情况，揭示了泡沫夹层复合结构在引入缝线改善复合材料面板易分层缺陷的同时还依然拥有优良的面内性能。探讨了各因素对缝合泡沫夹层复合材料低速冲击损伤的影响。该模型能预测缝合泡沫夹层复合材料受到低速冲击后的面内损伤，预测层间损伤如分层需有待进一步研究。.上述研究结果对缝合泡沫夹层结构复合材料的制备及应用具有重要的理论意义和实际价值。